Гидрология и регулирование стока

По номограммам (прил. 5) определяют значения параметров Сv и Cs аналитической кривой обеспеченности трехпараметрического гам- ма-распределения.

Пользуясь таблицами ординат кривых трехпараметрического гам- ма-распределения (прил. 6) и прибегая при необходимости к интерполяции, вписывают в таблицу 1.2 координаты аналитической кривой pi, Ki по установленным значениям коэффициента Cv и соотношения Cs/Cv. По этим координатам строят кривую, совмещают ее на одном графике с эмпирической кривой и визуально оценивают степень согласования (см. рисунок 1.2).

Таблица 1.2 – Координаты аналитической кривой обеспеченности годового стока

pi,% 0,1 0,5 1 3 5 10 20 30 40 50 60 70 80 90 95 97 99 99.9

Ki

1.6.Определение средней квадратичной погрешности расчета параметров кривой обеспеченности

Относительную среднюю квадратичную погрешность расчета параметров кривой обеспеченности определяют по выражениям:

- для среднего значения

EQ 1 Cv2 / 2n 100 % ;

- для коэффициента Сv

ECV 3 / 2n 3 CV2 100 % .

Следует отметить, достаточна ли продолжительность наблюдений в n лет для обеспечения в условиях данной изменчивости стока

10

2.ОПРЕДЕЛЕНИЕ СУММАРНЫХ ПОТРЕБНОСТЕЙ В ВОДЕ

ИПРИТОКА ВОДЫ. ПОСТРОЕНИЕ ГИДРОГРАФА СРЕДНЕМЕСЯЧНЫХ РАСХОДОВ И ВОДОПОТРЕБЛЕНИЯ

Раздел включает следующий объем работ: определение минимального допускаемого расхода для обеспечения требований охраны природы, установление общих потребностей в воде, определение приточности воды в расчетный маловодный год, построение гидрографа среднемесячных расходов и потребления воды.

2.1. Определение потребностей в воде, построение гидрографа водопотребления

Исходные данные для установления потребностей в воде, приведенные в прил. 2, отражают суммарные потребности в воде для различных целей (водоснабжения, мелиорации, рыбного хозяйства и др.). Проверяют, достаточны ли заданные попуски в нижний бьеф для обеспечения требований охраны природы.

В условиях Беларуси необходимо, чтобы расходы воды в реках не опускались ниже минимально допустимых Qмин.доп:

Qмин.доп. 0,75Qмин .мес5 ,

где Qмин.мес95 = K95 Qмин.мес – минимальные среднемесячные расходы

в году 95 %-й обеспеченности отдельно для летне-осеннего и зимнего периодов:

Qмин.мес qмин.мес F /103 ,

где qмин.мес – модуль минимального месячного стока, л/(с·км2), значения которого приведены в задании для летне-осенней и зимней межени (прил. 2), и величину Qмин.доп определяют соответственно для летне-осенней и зимней межени.

Для определения модульного коэффициента K95 используют соответствующую таблицу координат аналитических кривых обеспеченности (прил. 5) при заданных Cv и Cs для летне-осенней и зимней межени.

11

Данные о необходимых расходах воды во все месяцы заносят в соответствующие графы 2, 3, 4 табл. 2.1. В гр. 5 заносят расчетные значения потребностей в нижнем бьефе (большие из указанных для каждого месяца в гр. 3 и 4). Суммарные потребности (суммы гр. 2 и 5) в гр. 6 выражают в м3/с, а затем переводят в объемы, млн. м3 (гр. 7). Продолжительность соответствующих месяцев составляет 2,68; 2,42 или 2,59 млн. с (в зависимости от числа суток в месяце). На основании таблицы 2.1 строят гидрограф водопотребления (рисунок 2.1).

Таблица 2.1 – Определение потребностей в воде

12

2.2 Расчет среднемесячных расходов воды, построение гидрографа притока

Полагая, что среди водопотребителей имеются принадлежащие к I категории надежности, в качестве расчетной принимают приточность маловодного года 95 % -й обеспеченности. Средний для такого года расход находят по аналитической кривой обеспеченности

годового стока: Qгод.95 = K95 Qгод. .

Объем стока за расчетный маловодный год определяют по выражению

Wгод.95 31,54Qгод.95 , млн. м3,

где 31,54 – продолжительность года, млн. с.

Сопоставление этой величины с суммарными потребностями в воде (см. таблицу 2.1) показывает возможность обеспечения потребителей

13

водными ресурсами. Если суммарные потребности U меньше стока расчетного маловодного года Wгод.95, то регулирование стока обеспечивают созданием водохранилища сезонного регулирования.

Для построения гидрографа притока необходимо заполнить таблицу 2.2.

Таблица 2.2 – Среднемесячные расходы воды в реке в маловодный год р = 95 %

Расчет ведут по водохозяйственному году, за начало которого принимают март – начало многоводного сезона.

Для заполнения гр. 2 используют типовое внутригодовое распределение стока (прил. 3). Из него в гр. 2 переносят относительные значения месячного стока Wмес.i (в %), а затем в гр. 3 заносят абсолютные значения, которые вычисляют по выражению

Wмес.i Wгод.95wмес.i , млн.м3.

100

14

Контролем правильности вычисления является совпадение сумм месячных значений за год соответственно со 100 % и Wгод.95.

Для нахождения среднемесячных расходов в гр. 4 записывают количество секунд в соответствующем месяце, а затем по формуле Qср.мес.i = Wмес.i/ti находят среднемесячный расход Qср.мес.i (гр. 5). По значениям среднемесячного расхода строят гидрограф притока (см. рисунок 2.1), который совмещают с гидрографом водопотребления.

3. РАСЧЕТ СЕЗОННОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ СТОКА БЕЗ УЧЕТА ПОТЕРЬ ВОДЫ

В разделе выполняются следующие работы: расчет и построение морфометрических кривых водохранилища, расчет полезной емкости водохранилища таблично-цифровым способом без учета потерь воды, определение мертвого объема водохранилища.

3.1. Расчет и построение морфометрических (батиграфических) кривых водохранилища

К основным морфомерическим характеристикам водохранилища относят батиграфические зависимости площади водной поверхности и объема воды в водохранилище V от уровня H. Кривую = f(H) называют кривой площадей водной поверхности водохранилища; кривую V = f(H) – кривой объемов водохранилища, а вместе – батиграфическими кривыми. Для построения этих кривых заполняют таблицу 3.1.

Таблица 3.1 – Координаты кривых объемов и площадей водохранилища

15

Для заполнения граф 1 и 2 используют данные, приведенные в прил/ 4.

Послойно определяют объемы воды между смежными горизонталями. Объем слоя Vi (гр. 5) находят по формуле

Vi срi Hi ,

где срi – средняя площадь зеркала воды между смежными горизонталями, км2.

Объем первого придонного слоя речной долины V1 определяют по формуле усеченного параболоида:

V1 23 1 H1 ,

соответственно ср1 23 1 .

Для остальных горизонталей значения срi (гр. 3) вычисляют по формуле усеченной пирамиды:

срi i i i 1 i 1 . 3

Высоту слоя воды Hi (гр. 4) определяют как разность между отметками Hi (гр. 1) соседних (верхней и нижней) горизонталей:

Hi Hi 1 Hi .

Последовательно суммируя объемы слоев воды Vi, получают объемы Vi (гр. 6), вмещаемые в чаше будущего водохранилища ниже горизонталей с отметками Hi. Для первой горизонтали V1 = V1, а для последующих

Hi

Vi Vi .

H 0

Полный объем воды, находящийся ниже отметки верхней горизонтали последнего слоя, равен сумме всех частных объемов, расположенных ниже этого уровня: V = Vi.

16

По данным таблицы 3.1 (гр. 1, 2, 6) строят кривые объемов и площадей водохранилища (рисунок 3.1).

Рисунок 3.1 – Морфометрические кривые водохранилища

3.2. Расчет полезного объема водохранилища таблично-цифровым способом без учета потерь воды

Определение параметров водохранилища можно вести двумя способами: графическим и таблично-цифровым. Графический способ основан на использовании интеграционных кривых стока и потребления. На практике он применяется редко.

Балансовые расчеты водохранилищ таблично-цифровым способом широко распространены в практике водохозяйственного проектирования, их рекомендуется вести по форме таблицы 3.2. Расчет годового регулирования стока удобно проводить по водохозяйственному году, за начало которого принимают начало многоводного сезона. Данные о расчетном стоке Wp = Wмес, отдаче U заносят в хронологической последовательности из таблиц 2.2 и 2.1 в гр. 2 и 3 таблицы 3.2.

17

Таблица 3.2 – Расчет полезного объема водохранилища без учета потерь воды

Сопоставляют помесячно сток и отдачу и вычисляют избытки Wизб. = (Wp–U) и дефициты Wд = – (Wp–U) и записывают их соответственно в гр. 4 и 5.

Расчет полезного объема Vплз выполняют следующим образом. Вначале выбирают месяц на исходе межени (обычно февраль или октябрь), в конце которого можно полностью (до нуля) сработать воду в пределах полезной емкости. Затем, начиная с этого месяца, последовательно прибавляют значения дефицитов (ходом «снизу вверх») и определяют объем воды, который может покрыть все дефициты до конца межени. Этот объем воды, представляющий наибольшую сумму дефицитов, и является полезным объемом водохранилища Vплз (без учета потерь).

18

Второй этап расчета состоит в вычислении месячных объемов наполнения установленной емкости водохранилища. Он ведется уже «сверху вниз» с месяца, следующего за месяцем полной сработки полезной емкости. Последовательно суммируя избытки, указанные в гр. 4, пополняют запасы воды в пределах полезной емкости. Если сумма избытков превышает полезный объем, то в гр. 7 записывают, его значение, установленное выше, а остальную часть избытков воды направляют в холостой сброс и заносят в гр. 8.

Контролем правильности расчетов таблицы 3.2 является баланс сумм годового притока, годовой потребности (отдачи) и всех холостых сбросов, т. е. гр.2 = гр. 3 + гр. 8.

Отметим, что могут быть случаи, когда начавшийся осенью процесс заполнения водохранилища чередуется с его частичной сработкой в конце зимы (вычитается из суммы избытков) и заканчивается окончательным весенним заполнением.

Полезный объем водохранилища можно также определить как разницу между максимальным и минимальным значениями суммы

наивысшей и наинизшей (при Vki= 0 ординатами равна полезному объему. Для проверки: ∑(Wpi – Ui)max – Vсб = Vплз.

Рисунок 3.2 – Интегральный график Wpi Ui f (T ) (построен по данным гр. 6 таблицы 3.2)

19